公布日：2023.12.22
申請日：2023.10.08
分類號：C05G3/00(2020.01)I;C05F17/20(2020.01)I;C05F17/50(2020.01)I;C05G3/40(2020.01)I;C05G3/80(2020.01)I;C05G5/35(2020.01)I
摘要
本發明公開了一種基于生活污泥的有機肥及其制備方法，本發明的有機肥是將厭氧發酵菌劑與生活污泥混合均勻，添加有機廢棄物，進行厭氧發酵，再加入發酵輔料，接種高溫好氧菌劑，高溫好氧發酵，再破碎，烘干，得初產有機肥，將初產有機肥改性處理，即得有機肥。與現有技術相比，本發明制備的有機肥通過將生活污泥與其他材料混合發酵，轉化為有機肥，實現了對生活污泥的資源化利用，減少了對環境的污染，提高有機肥的穩定性和可用性，具有較高的田間肥效和植株促生長功效。
權利要求書
1.一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，制備方法如下：步驟1、將厭氧發酵菌劑與生活污泥混合均勻，得到物料A；步驟2、將物料A和有機廢棄物按照1：1～2的質量比混合均勻后，溫度保持在35～40℃，物料含水量保持在40～50％，進行厭氧發酵至發酵產物無臭味；步驟3、向厭氧發酵完成后的產物中加入占其總質量15～25％的發酵輔料，得到混合物；將混合物的水分含量調節至35～45wt％，得到物料B；步驟4、向物料B中接種高溫好氧菌劑，并充分攪拌均勻，用鏟車將其送入堆料槽中建堆；向堆料槽內強制通入熱風使堆料快速升溫，并在通風條件下使堆料溫度保持在55～65℃，保持5～10d，完成高溫好氧發酵；步驟5、將高溫好氧發酵完成后的物料破碎，烘干，得初產有機肥，將初產有機肥改性處理，即得有機肥。
2.如權利要求1所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的厭氧發酵菌劑由嗜酸乳酸菌和釀酒酵母菌按照數量比1∶0.4～0.8混合均勻后得到，活菌含量10～20億/mL。
3.如權利要求1所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的生活污泥為含水量為70～80wt％的城市生活污泥，所述厭氧發酵菌劑加入量為占生活污泥總體質量的0.5～2％。
4.如權利要求1所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的有機廢棄物為小麥秸稈、秸渣、谷殼、動物糞便中的至少一種。
5.如權利要求1所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的發酵輔料選自骨粉、豆粕粉、玉米芯粉中的至少一種。
6.如權利要求1所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述的高溫發酵菌劑由枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉菌、釀酒酵母菌、黑曲霉按照數量比1：0.3～0.5：0.4～0.6：0.1～0.3混合均勻后得到，活菌含量18～22億/mL，所述高溫好氧菌劑加入量為占物料B總體質量的0.3～0.8％。
7.如權利要求1所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述初產有機肥的改性處理方法如下，以重量份計：S1、將1～3份纖維素纖維加入到80～120份水中，100～500rpm攪拌1～3h，得到懸浮液，加入0.3～0.5g2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基和0.1～0.3g溴化鈉，100～500rpm攪拌4～6h，然后，用0.5～2mol/L氫氧化鈉水溶液調節pH至9～11，然后，加入0.5～2份次氯酸鈉，收集纖維素纖維，用水洗滌，然后，將纖維素纖維加入到水中，研磨，得到原纖懸浮液，采用噴霧干燥，工藝參數設置為：進風溫度120～130℃，霧化壓力40～60mm，進液速度20～30％，進風風量90～100％，得到功能劑；S2、將1～3份步驟S1制備的功能劑、35～40份初產有機肥加入到50～70份水中，在25～35℃下100～500rpm攪拌10～30min，然后以10000～14000rpm均質3～9min，得到均質液，將均質液采用噴霧干燥，工藝參數設置為：進風溫度170～190℃，霧化壓力50～60mm，進液速度15～25％，進風風量90～100％，得到預處理肥料；將15～25份填料、3～5份甘油、3～5份水、15～25份聚羥基丁酸酯和45～55份預處理肥料在120～130℃、50～70rpm處理8～12min，即得有機肥。
8.如權利要求7所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述填料為改性填料、云母粉、淀粉、蒙脫土中的至少一種。
9.如權利要求8所述的一種基于生活污泥的有機肥的制備方法，其特征在于，所述改性填料的制備方法如下，以重量份計：Z1、將8～12份硅酸鈉、0.5～2份氫氧化鈉、25～35份水混合100～600rpm攪拌5～20min，得到堿活化劑，然后將30～40份云母粉加入到堿活化劑中，500～1000rpm攪拌過夜，然后加入8～12份甘油、2～4份硼酸、8～12份20～35wt％過氧化氫水溶液、0.1～0.3份十五烷基磺酸鈉和0.2～0.4份偶氮二甲酰胺，得到的漿料；然后50～70℃干燥5～12h、粉碎、過50～300目篩，得到固體粉末，用80～120份0.2～0.5wt％磷酸氫鉀水溶液浸泡1～3h，過濾，得到云母基聚合物；Z2、將8～12份可溶性淀粉和40～60份聚乙烯醇加入到20～40份水中，在50～70℃下100～500rpm攪拌5～20min，得到膠體溶液，然后，在膠體溶液中加入8～12份云母基聚合物，得到改性填料。
10.一種基于生活污泥的有機肥，其特征在于，采用如權利要求1～9任一項所述的制備方法制備而成。
發明內容
有鑒于現有技術中有機肥的田間肥效和植株促生長功效較差的缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種田間肥效和植株促生長功效較好的基于生活污泥的有機肥及其制備方法。
為了實現上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：
一種基于生活污泥的有機肥的制備方法如下：
步驟1、將厭氧發酵菌劑與生活污泥混合均勻，得到物料A；
步驟2、將物料A和有機廢棄物按照1：1～2的質量比混合均勻后，溫度保持在35～40℃，物料含水量保持在40～50％，進行厭氧發酵至發酵產物無臭味；
步驟3、向厭氧發酵完成后的產物中加入占其總質量15～25％的發酵輔料，得到混合物；將混合物的水分含量調節至35～45wt％，得到物料B；
步驟4、向物料B中接種高溫好氧菌劑，并充分攪拌均勻，用鏟車將其送入堆料槽中建堆；向堆料槽內強制通入熱風使堆料快速升溫，并在通風條件下使堆料溫度保持在55～65℃，保持5～10d，完成高溫好氧發酵；
步驟5、將高溫好氧發酵完成后的物料破碎，烘干，得初產有機肥，將初產有機肥改性處理，即得有機肥。
所述步驟1中的厭氧發酵菌劑由嗜酸乳酸菌和釀酒酵母菌按照數量比1∶0.4～0.8混合均勻后得到，活菌含量10～20億/mL。
所述步驟1中的生活污泥為含水量為70～80wt％的城市生活污泥，所述厭氧發酵菌劑加入量為占生活污泥總體質量的0.5～2％。
所述步驟2中的有機廢棄物為小麥秸稈、秸渣、谷殼、動物糞便中的至少一種。
所述步驟3中的發酵輔料選自骨粉、豆粕粉、玉米芯粉中的至少一種。
所述的高溫發酵菌劑由枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉菌、釀酒酵母菌、黑曲霉按照數量比1：0.3～0.5：0.4～0.6：0.1～0.3混合均勻后得到，活菌含量18～22億/mL，所述高溫好氧菌劑加入量為占物料B總體質量的0.3～0.8％。
所述初產有機肥的改性處理方法如下，以重量份計：
S1、將1～3份纖維素纖維加入到80～120份水中，100～500rpm攪拌1～3h，得到懸浮液，加入0.3～0.5g2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基和0.1～0.3g溴化鈉，100～500rpm攪拌4～6h，然后，用0.5～2mol/L氫氧化鈉水溶液調節pH至9～11，然后，加入0.5～2份次氯酸鈉，收集纖維素纖維，用水洗滌，然后，將纖維素纖維加入到水中，研磨，得到原纖懸浮液，采用噴霧干燥，工藝參數設置為：進風溫度120～130℃，霧化壓力40～60mm，進液速度20～30％，進風風量90～100％，得到功能劑；
S2、將1～3份步驟S1制備的功能劑、35～40份初產有機肥加入到50～70份水中，在25～35℃下100～500rpm攪拌10～30min，然后以10000～14000rpm均質3～9min，得到均質液，將均質液采用噴霧干燥，工藝參數設置為：進風溫度170～190℃，霧化壓力50～60mm，進液速度15～25％，進風風量90～100％，得到預處理肥料；將15～25份填料、3～5份甘油、3～5份水、15～25份聚羥基丁酸酯和45～55份預處理肥料在120～130℃、50～70rpm處理8～12min，即得有機肥。
所述填料為改性填料、云母粉、淀粉、蒙脫土中的至少一種。
所述改性填料的制備方法如下，以重量份計：
Z1、將8～12份硅酸鈉、0.5～2份氫氧化鈉、25～35份水混合100～600rpm攪拌5～20min，得到堿活化劑，然后將30～40份云母粉加入到堿活化劑中，500～1000rpm攪拌過夜，然后加入8～12份甘油、2～4份硼酸、8～12份20～35wt％過氧化氫水溶液、0.1～0.3份十五烷基磺酸鈉和0.2～0.4份偶氮二甲酰胺，得到的漿料；然后50～70℃干燥5～12h、粉碎、過50～300目篩，得到固體粉末，用80～120份0.2～0.5wt％磷酸氫鉀水溶液浸泡1～3h，過濾，得到云母基聚合物；
Z2、將8～12份可溶性淀粉和40～60份聚乙烯醇加入到20～40份水中，在50～70℃下100～500rpm攪拌5～20min，得到膠體溶液，然后，在膠體溶液中加入8～12份云母基聚合物，得到改性填料。
負載在功能劑上的初產有機肥量高于直接在纖維素表面的負載量，通過靜電結合到微膠囊表面，這種核殼結構有助于有機肥最內層的養分保留，并延遲其釋放到環境中。功能劑的官能化增加了其負電荷，增強了其與初產有機肥和改性填料的相互作用。與直接施用初產有機肥相比，有機肥的養分初期釋放減緩。主要在于初產有機肥和功能劑表面帶電位點之間的相互作用。改性填料影響了復合材料的均勻性，長期釋放過程中，水通過孔隙滲透到有機肥中，包覆初產有機肥的外包材料生物降解促進了基質內部養分的進一步釋放，以減少肥料施用的浪費。
所述改性填料的制備方法中首先，合成了多孔云母基聚合物。在這個過程中，云母粉在堿性溶液中被活化。云母粉中的Si-O-Si和Si-O-Al鍵斷裂并重組形成四面體，從而獲得了載肥多孔結構。本發明中，云母粉是被氫氧化鈉水溶液活化的，所以呈堿性，有影響土壤pH值的風險，因此，使用磷酸氫鉀水溶液浸泡固體粉末，使其中和土壤環境的pH值。將可溶性淀粉和聚乙烯醇在攪拌下混合成均勻的粘性液體，使初產有機肥被填埋并封裝在云母基聚合物的多孔中。從而獲得了以初產有機肥為基礎的有機肥，可溶性淀粉可以增加溶液的粘度。
改性填料是一種特殊的多孔結構載體，保證了足夠的肥料負載，并為肥料提供了長期的緩釋效果，另一方面，改性填料在釋放養分后，在土壤中可以緩慢降解，而改性填料仍然是一種環保、低成本的硅酸鹽多孔材料，不需要回收或再利用。而且改性填料吸水后變成柔軟的凝膠，具有彈性和膨脹性，土壤在脫水后會收縮，調節土壤濕度，并在周圍的土壤中形成孔洞，從而使土壤松動，為植物提供足夠的營養、水分和透氣。
與現有技術相比，本發明的有益效果：
1)本發明制備的有機肥通過資源化利用生活污泥，生活污泥是一種充分利用的廢棄物，通過本發明的方法，將生活污泥與其他材料混合發酵，可以將其轉化為有機肥，實現了對生活污泥的資源化利用，減少了對環境的污染。
2)本發明循環利用農業廢棄物，本發明中使用的秸稈作為混合材料之一，是農業廢棄物的一種。通過將秸稈與生活污泥混合發酵，不僅可以有效處理農業廢棄物，還能為有機肥的制備提供碳源和孔隙結構，提高有機肥的質量。
3)本發明綜合發酵提高肥料質量，本發明采用了兩階段的發酵過程，包括厭氧發酵和高溫好氧發酵。這種綜合發酵過程可以充分分解有機物質，去除臭味，提高肥料的穩定性和可用性。
4)本發明采用改性處理提升肥料性能，通過對初產有機肥進行改性處理，引入功能劑和改性填料，可以改善肥料的物理性質和化學性質，增強肥料的保水性、肥效持久性和抗淋溶性，提高肥料的利用效率，具有較高的田間肥效和植株促生長功效。
5)本發明制備的有機肥具有環境友好性，采用了生物發酵的方法，避免了化學合成肥料對環境的污染。同時，通過資源化利用生活污泥和農業廢棄物，減少了對土壤和水源的污染風險。
（發明人：毛建生;毛加仁）
